EP3114283A1 - Bohrvorrichtung zum erstellen einer bohrung und system zum positionieren der bohrvorrichtung - Google Patents

Bohrvorrichtung zum erstellen einer bohrung und system zum positionieren der bohrvorrichtung

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Publication number
EP3114283A1
EP3114283A1 EP15708439.3A EP15708439A EP3114283A1 EP 3114283 A1 EP3114283 A1 EP 3114283A1 EP 15708439 A EP15708439 A EP 15708439A EP 3114283 A1 EP3114283 A1 EP 3114283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling device
arm
drilling
foundation pile
clamping
Prior art date
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Granted
Application number
EP15708439.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3114283B1 (de
Inventor
Dominik Robert Faisst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herrenknecht AG
Original Assignee
Herrenknecht AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Herrenknecht AG filed Critical Herrenknecht AG
Priority to EP19200407.5A priority Critical patent/EP3620579A1/de
Publication of EP3114283A1 publication Critical patent/EP3114283A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3114283B1 publication Critical patent/EP3114283B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
    • E02D17/16—Loosening of soil or rock, under water
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/28—Placing of hollow pipes or mould pipes by means arranged inside the piles or pipes

Definitions

  • the invention relates to a drilling device for creating a bore for a foundation pile for establishing a structure in a body of water with a consisting of at least a first and a second body body, which are arranged one above the other and movable against each other, wherein the movement is provided by a feed device, with a drilling tool disposed on an arm movably connected to the lower body at the lower side thereof, comprising a jig adapted to clamp the drilling apparatus in the foundation pile disposed at a first end on the upper body and at the second end thereof
  • the bracing device comprises an arm on which the clamping element is arranged, wherein the arm of the bracing device is pivotable by means of a drive from a first position to a second position, in which the clamping element with de r wall of the foundation pile is engaged.
  • the invention relates to a system for positioning a drilling device for creating a bore for a foundation pile for establishing a structure in a body of water in the foundation pile, and a control and a method thereto.
  • a drilling device for creating a bore for a foundation pile for establishing a structure in a body of water in the foundation pile
  • a control and a method thereto In the construction of structures that support their foundations in or on ground, which is under water, these foundations are produced in different ways, with one-piece foundations, the use of so-called monopiles, ie single piles, have prevailed.
  • An alternative to this is the so-called jacket, which is a pyramidal structure, or tripods, each having several foundation points.
  • Such buildings are, for example, wind turbines or bridge structures.
  • CONFIRMATION COPY According to the state of the art, for example, so-called jackup rigs are provided at monopiles at the construction site, the working plane of which is provided with a slewing mechanism. In this swinging the pole is clamped, deflected from the horizontal to the vertical and lowered by opening the clamps on the seabed. The pile is then driven into the ground by means of pile driving.
  • a drilling device which is lowered starting from a working platform in a vertically positioned foundation pile.
  • the drilling device has an arm, at the end of which a drill roller is arranged, with which the soil located in or below the bored pile is removed, and then the bored pile is then lowered into the hollow space.
  • a drilling device is known, as described above.
  • the drilling device has a two-part body, which are displaceable against each other by means of a hydraulic cylinder.
  • an arm is arranged, at the end of which is a drill head. With this, the rock / soil located in or below the pile is released and carried away.
  • the housing is braced against the foundation pile.
  • pivotable arms are provided, at the end of which clamping elements are provided.
  • the arms are pivoted outward via hydraulic cylinders until the clamping elements engage the pile.
  • the bracing devices are respectively arranged at the upper and at the lower end of the outer housing part of the drilling device. It has been found that on the one hand, the bracing devices are in need of improvement. Furthermore, it has further been found that the drilling device is in need of improvement in terms of directional accuracy during drilling and in terms of positioning in the foundation pile.
  • the object of the invention is to improve the positioning and clamping of the drilling device in the foundation pile.
  • the object of the invention is achieved in that a guide device is provided, which is designed to guide the drilling device in the foundation pile, which is arranged with a first end on the lower body and having at its second end a sliding element that the guide device a Arm, on which the sliding element is arranged, wherein the arm of the guide device is pivotable by means of a drive from a first position to a second position, wherein the sliding member is in engagement with the wall of the foundation pile.
  • a handlebar is arranged with the same length as the arm, which is connected on both sides via a connecting element parallelogram with the arm, that the clamping element is connected to the connecting element, that the parallelogram of arm, handlebar and connecting elements is arranged in that the clamping element is aligned with the central axis of the drilling device and thus parallel to the wall of the foundation pile, that a guiding device is provided which is designed to guide the drilling device in the foundation pile, which is arranged with a first end on the lower body and at its second end a sliding element, that the guide device comprises an arm on which the sliding element is arranged, wherein the arm of the guide device is pivotable by means of a drive from a first position to a second position, wherein the sliding member with the wall of the foundation pile in Eingri ff is located.
  • a further teaching of the invention provides that the guide device is designed so that the sliding element lies flat against the inner wall of the foundation pile in the extended state and / or that the bracing is designed so that the clamping element surface on the inner wall of the foundation pile in the extended state is applied. Due to the flat concerns of the elements plan on the inner wall of the foundation pile positioning of the drilling device is improved in the foundation pile. Furthermore, the dynamic load transfer into the foundation pile is significantly improved in a simple manner.
  • Another teaching for more accurate positioning and better transfer of the resulting loads during drilling provides that parallel to the arm of the guide device and / or the bracing device a handlebar is arranged with the same length as the arm on both sides via a connecting element parallelogram with the arm is connected, that the sliding element and / or clamping element is connected to the respective connecting element, that the parallelogram of arm, link and connecting elements is arranged so that the sliding element or the clamping element is aligned with the central axis of the drilling device and thus parallel to the wall of the foundation pile.
  • Another teaching of the invention provides that between the arm of the bracing and / or arm of the guide device and the respective body there is an opening angle which opens in the direction of the drill head.
  • a further teaching of the invention provides that the drive for pivoting the arm of the bracing device and / or the arm of the guide device is at least one hydraulic cylinder. Another teaching of the invention provides that the sliding element is arranged pivotably relative to the arm, and / or that the drive element of the guide device engages the sliding element. Another teaching of the invention provides that the clamping element is provided with a friction lining, and / or that the sliding element is provided with a sliding coating. As a result, a simple operation and easy maintenance of the guide device and the clamping device are effected.
  • the feed device is at least one hydraulic cylinder.
  • Another teaching of the invention provides that the arm of the drilling tool via a rotary member and at least one linear drive, preferably a hydraulic cylinder, is pivotable. This is a simple way ensures that the entire area to be drilled can be reached with the drilling device.
  • a further teaching of the invention provides that the drill head is a drill head rotating about the longitudinal axis of the arm, preferably a cutting head with drilling tools such as cutting elements or chisels. This causes a good release of the soil.
  • a further teaching of the invention provides that the clamping element has a support surface at a lower side provided substantially at right angles to the friction side, in which a sensor, preferably a hydraulic cylinder, is preferably provided in the direction of the wellbore bottom.
  • a sensor preferably a hydraulic cylinder
  • the object according to the invention is achieved in that the boring device has radially movable clamping elements relative to an inner wall of the foundation pile, that the foundation pile has at least one positioning element provided on the inner wall of the pile, and that the clamping element of the boring device has at least one bearing surface with at least one contact sensor for determining the contact between the positioning element and the clamping element.
  • the positioning element is a cog or has a cog. This also makes it possible to derive the load of the drilling device in the foundation pile.
  • the positioning element is designed so that the static load of the drilling device on the support surface of the clamping element on the positioning element can be removed.
  • Another teaching of the invention provides that per clamping element of the drilling device, a positioning element is provided.
  • the senor is a hydraulic cylinder. By providing the sensor it will open Particularly simple way possible to make the positioning of the drilling device in the foundation pile more accurate.
  • Another teaching of the invention provides that a control described below is provided.
  • the object according to the invention is provided by a method for positioning the drilling device, preferably according to the previously described embodiment and / or in connection with a previously described system, in a foundation pile for establishing a structure in a body of water, a positioning element on the inner wall of the pile in that the boring device is inserted into the foundation pile with clamping elements arranged without engagement and that the boring device is aligned in the foundation pile, so that the clamping elements are radially aligned with the positioning elements, that the boring device is lowered above the positioning elements, the clamping elements are moved radially, until contact is made with the inner wall of the foundation pile, wherein the clamping elements are slidably disposed with respect to the borehole wall such that the boring device is lowered, as far as above Se disposed in the clamping elements nsoren a contact with the positioning elements is determined that the drilling device is lowered until the positioning elements at least partially carry the static load of the drilling device, and that the clamping elements are moved against the inner wall of the foundation pile, so that the
  • the object according to the invention is achieved by a control device for positioning a drilling device, preferably in accordance with the previously described embodiment and / or in connection with a previously described system, in particular for carrying out the method described above, which is carried out in such a way that after the drilling device in the pile has been inserted and lowered, with clamping elements of the drilling device being arranged so that they are not in engagement with the inner wall of the pile, the drilling device is aligned in the pile, so that the clamping elements are radially aligned with respect to positioning elements located on the inner wall of the drilling device, that the drilling device is lowered to above the positioning elements, that the clamping elements are moved in the direction of the borehole wall, until a contact with the borehole wall is made, wherein the clamping elements against the inner wall of the pile are slidably movable, that the Bohrvor direction is lowered until over in sensors disposed on the clamping elements are contacted with the positioning elements such that the drilling device is lowered until the positioning elements at least partially support the static load
  • Fig. 1 is a spatial side view of an inventive
  • Drilling device with extended guiding and bracing device Drilling device with extended guiding and bracing device
  • Fig. 2 is a spatial side view of an inventive
  • Fig. 3 is an enlarged spatial view of the upper portion of FIG. 1,
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view of the upper portion of FIG. 2,
  • FIG. 5 shows an alternative view to FIG. 4
  • FIG. 6 is a spatially enlarged view of the lower portion of FIG. 1,
  • FIG. 7 is an alternative spatial enlarged view of the lower portion of FIG. 1,
  • FIG. 8 is a spatial enlarged view of the lower portion of FIG. 2,
  • FIG. 9 is an alternative spatial enlarged view of the lower portion of FIG. 2,
  • FIG. 10 is a plan view of FIG. 1
  • FIG. 11 is a plan view of FIG. 2
  • FIG. 12 is a detail view of the system according to the invention
  • FIG Fig. 3 is a further detail view of the system according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show a drilling apparatus 10 having a base body 11, which has an upper body 12 and a lower body 13.
  • an arm 14 is disposed at the lower end of a drill head 15 is located.
  • the arm 14 is rotatably connected to the lower body 13 via a rotary member 16. Furthermore, it is pivotally connected via a hinge 17 with the rotary member 16.
  • a hydraulic cylinder 18 is provided, which is also connected via a hinge 19 on the upper side with the rotary member 16 and its lower side via a hinge 20 with the arm 14.
  • the rotary member 16 the arm 14 - drill head 15 combination can be rotated in the direction of rotation A.
  • the drill head 15 can be pivoted in the pivoting direction b.
  • the drill head 15 rotates in the direction of rotation C about the central axis of the arm 14.
  • a bracing device 21 (see also Figs. 3 and 4) which has four bracing elements 21a with an arm 22 composed of two arm sections 22a, 22b, each with a hinge 23, 23a are connected to the upper body 12.
  • the joints 23, 23a are arranged on an axis 24, on each of which a connecting element 25, 25a engages.
  • a joint 26 is provided, in which a parallel to the arm 22 arranged arm 27 of handlebar sections 27 a, 27 b is provided composed.
  • the link portions 27a, b connect to a third link portion 27c.
  • a connecting element 28 is provided, which is connected via a hinge 29 with the arm 22.
  • the link 27 is connected via a hinge 32 with the connecting element 28.
  • Handlebar 27, arm 22, connecting element 28 and connecting element 25 form a parallelogram.
  • Handlebar 27 and arm 22 have the same length.
  • the connecting element 28 is designed in one piece with the clamping element 30.
  • the joint 32 is provided on the upper side of the connecting element 28 and the clamping element 30, that connects the handlebar 27 with the clamping element 30 and thus with the connecting element 28.
  • a hydraulic cylinder 33 is articulated, via which the bracing device 21 or the individual Clamping element 21a is moved in the pivoting direction D. Due to the fact that arm 22, connecting element 25, link 27 and connecting element 28 or clamping element 30 form a parallelogram, the friction lining 31 arranged on the outer surface of clamping element 30 remains parallel to the inner wall of the foundation pile during pivoting in direction D, so that it pivots during pivoting away from the body 12 is moved flat against the inner wall of the foundation pile.
  • a guide device 34 is arranged (see Fig. 6 to Fig. 9).
  • This has four guide elements 34a.
  • the guide element 34a has an arm 35, which is pivotably arranged on the lower body 13 via a joint 36.
  • a sliding element 38 is provided at the outer end of the arm 35, on the outwardly facing surface of which a sliding lining 39 is arranged.
  • a handlebar 40 is provided, which is connected via a hinge 41 with the lower body 13 and a hinge 42 with the sliding member 38.
  • joint 41 and joint 36 and the distance between joint 42 and joint 37 is equal and the distance distances themselves are parallel to each other, so that here is a parallelogram, so that the sliding coating 39, which is arranged parallel to the inner wall of the foundation pile , remains parallel during pivoting of the guide device 34 in the direction E or its arm 35.
  • two hydraulic cylinders 43, 44 are arranged articulated, which pivots the sliding member 38 in the pivoting direction E outwardly to the inner wall of the foundation pile out.
  • a feed element 45 (see FIG. 5) is arranged in the form of a hydraulic cylinder. By this feed element 45, the lower body 13 can be compared to the upper body 12 to move in the feed direction F.
  • the drilling device 10 is inserted via a lifting device (not shown) in the foundation pile and lowered in this.
  • the bracing device 21 and the guide device 34 are folded in (see FIGS. 2, 4, 5, 8, 9 and 11). If the drilling device 10 is arranged at the intended drilling position in the foundation pile, the bracing device 21 is extended (see FIGS. 1, 3 and 10) via the actuation of the hydraulic cylinders 33, so that the clamping elements 30 with the friction linings 31 against the inner wall of the foundation pile until a sufficient force is applied to the inner wall of the foundation pile so that the dynamic loads resulting from the drilling and, if necessary, Also, the static load of the drilling device 1 1 h are removed via the bracing 21 on the foundation pile.
  • the guide devices 34 are also extended by actuating the hydraulic cylinders 43, 44 (see FIGS. 1, 6, 7 and 10), so that the sliding elements 38 with the sliding linings 39 rest against the inner wall of the foundation pile. as shown in Fig. 10.
  • the engraved circle 53 indicates the inner wall of the foundation pile.
  • the force applied in this case is such that the lower body 13 is movable relative to the foundation pile and simultaneously guided.
  • the drill head 15 is set in rotation and the arm 14 is rotated and pivoted about the rotary member 16 and the hydraulic cylinder 18.
  • the lower body 13 is lowered relative to the upper body via the feed elements 45.
  • a stable Bohrvorschub and thus a correct drilling direction is guaranteed.
  • the feed elements 45 are fully extended, they are retracted again in the direction of the upper body 12, so that the lower body 13 and, associated therewith, the drill head 15 again move into the foundation pile. Once the feed elements 45 have retracted completely, the drill head is in a secure position within the foundation pile. Subsequently, the foundation pile is lowered into the cavity made by the drilling apparatus 10, and the drilling operation is performed again until the hole has reached the intended depth on which the foundation pile is to be placed.
  • positioning members 46 are disposed at the corresponding position on the inner wall of the foundation pile (see FIGS. 12 and 13). These have a base 47 which is provided on the wall. Furthermore, a support surface 48 is provided at right angles thereto. To stabilize the support surface 48 relative to the base 47, a projection 49 is provided. The base 47 may also be omitted, so that the support surface 48 and the knob 49 are attached directly to the inner wall of the foundation pile.
  • a sensor 50 is provided, in which it is as shown in FIGS. 12 and 13 is preferably a hydraulic cylinder.
  • the clamping element 30 is applied against the base 47 by extending the cylinder 33 and pivoting in the direction D and the hydraulic cylinder 50 extended over the outer extent of the clamping element 30. Subsequently, the drilling device 10 is lowered further until the hydraulic cylinder 50 comes into contact with the bearing surface 48 of the positioning element 46. The lowering of the drilling device 10 is continued until the piston 51 of the cylinder 50 is retracted and a contact surface 52 rests on the support surface 48 of the positioning element. Alternatively, the pressure generated during retraction of the cylinders 50 and the position of the pistons 51 are monitored.
  • the drilling device 10 is in the desired position in the foundation pile.
  • the removal of the static load of the drilling device 10 is then carried out via contact surfaces 55 of the hydraulic cylinder 50 on the piston 51.
  • the hydraulic cylinder 33 is further actuated and clamped the clamping element 30 relative to the base 47.
  • the support surface 48 and the knob 49 are designed so that they can carry the static load of the drilling device 10. This load is introduced via the contact surface 52 in the positioning element 46.
  • Fig. 11 is further shown by a dashed circle 54 of the smallest circumference of the drilling device 10. This represents the smallest cross section through which the drilling device 10 can be passed when foundation piles with different diameters are used for foundation.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem Bohrwerkzeug, das an einem bewegbaren Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt Ist, die am oberen Ende angeordnet ist und die ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet, wobei eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gieltelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand der Gründungspfahls im Eingriff befindet.

Description

Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung und System zum Positionieren der Bohrvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem wenigstens aus einem ersten und einem zweiten Körper bestehenden Grundkörper, die übereinander und bewegbar gegeneinander angeordnet sind, wobei die Bewegung über eine Vorschubeinrichtung bereitgestellt wird, mit einem Bohrwerkzeug, das an einem mit dem unteren Körper an dessen Unterseite bewegbar verbundenen Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am oberen Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Positionierung einer Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer in dem Gründungspfahl sowie eine Steuerung und eine Verfahren dazu. Bei der Errichtung von Bauwerken, die ihre Fundamente in bzw. auf Boden stützen, der sich unter Wasser befindet, werden diese Fundamente auf unterschiedliche Weise hergestellt, wobei sich bei einteiligen Fundamenten die Verwendung sogenannter Monopiles, also Einzelpfähle, durchgesetzt haben. Eine Alternative dazu ist das sogenannte Jacket, bei dem es sich um einen pyramidalen Baukörper handelt, oder Tripoden, die jeweils mehrere Gründungspunkte aufweist. Bei solchen Bauwerken handelt es sich beispielsweise um Windkraftanlagen oder um Brückenbauwerke.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gemäß dem Stand der Technik wird bei Monopiles am Errichtungsort beispielsweise sogenannte Jackup Rig vorgesehen, deren Arbeitsebene mit einem Schwenkwerk versehen ist. In dieses Schwenkwerk wird der Pfahl eingespannt, aus der Horizontalen in die Vertikale umgelenkt und durch Öffnen der Klemmen auf den Meeresgrund abgelassen. Anschließend wird der Pfahl mittels Rammwerk in den Boden getrieben.
Aus der WO 2010/139380 A1 ist eine Bohrvorrichtung bekannt, die ausgehend von einer Arbeits plattform in einen vertikal aufgestellten Gründungspfahl abgesenkt wird. Die Bohrvorrichtung weist einen Arm auf, an dessen Ende eine Bohrwalze angeordnet ist, mit der der im beziehungsweise unterhalb des Bohrpfahls befindlichen Boden abgetragen wird und anschließend der Bohrpfahl dann in den Hohlraum abgesenkt wird. Aus der WO 2013/081455 A1 ist ebenfalls eine Bohrvorrichtung bekannt, wie sie eingangs beschrieben wurde. Die Bohrvorrichtung weist einen aus zwei Teilen bestehenden Grundkörper auf, die gegeneinander mittels eines Hydraulikzylinders verschiebbar sind. Am unteren Grundkörper ist ein Arm angeordnet, an dessen Ende sich ein Bohrkopf befindet. Mit diesem wird das/der im bzw. unterhalb des Pfahls befindliche Gestein/Boden gelöst und abgefördert. Das Gehäuse wird gegenüber dem Gründungspfahl verspannt. Hierfür sind verschwenkbare Arme vorgesehen, an deren Ende Klemmelemente vorgesehen sind. Zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Pfahl werden die Arme über Hydraulikzylinder nach außen geschwenkt, bis die Klemmelemente mit dem Pfahl in Eingriff kommen. Die Verspanneinrichtungen sind jeweils am oberen und am unteren Ende des äußeren Gehäuseteils der Bohrvorrichtung angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass zum einen die Verspanneinrichtungen verbesserungswürdig sind. Weiterhin hat sich des Weiteren herausgestellt, dass die Bohrvorrichtung hinsichtlich der Richtungstreue beim Bohren und hinsichtlich der des Positionierens im Gründungspfahl verbesserungswürdig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es die Positionierung und das Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl zu verbessern. Hinsichtlich der Bohrvorrichtung wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet.
Parallel zum Arm der Verspannvorrichtung ist ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Klemmelement mit dem Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist, dass ein Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet.
Überraschender Weise hat es sich herausgestellt, dass durch das Vorsehen einer Führungsvorrichtung am unteren Körper der Bohrvorrichtung in Verbindung mit dem Abspannen am oberen Körper der Bohrvorrichtung die Richtungstreue beim Bohren verbessert wird, gleichzeitig aber auch, obwohl die Führungsvorrichtung im Pfahl gleitet, der dynamische Lastabtrag in den Gründungspfahl deutlich verbessert wird. Auch dadurch wird die Präzision beim Bohren verbessert.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass die Führungsvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Gleitelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt und/oder dass die Verspannvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Klemmelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt. Durch das flächige Anliegen der Elemente plan an der Innenwand des Gründungspfahls wird die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl verbessert. Weiterhin wird auf einfache Weise der dynamische Lastabtrag in den Gründungspfahl deutlich verbessert.
Eine weitere Lehre zum genaueren Positionieren und zum besseren Übertragen der beim Bohren entstehenden Lasten sieht vor, dass parallel zum Arm der Führungsvorrichtung und/oder der Verspannvorrichtung ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet ist, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Gleitelement und/oder Klemmelement mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Gleitelement oder das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwischen Arm der Verspannvorrichtung und/oder Arm der Führungsvorrichtung und dem jeweiligen Körper ein Öffnungswinkel besteht, der sich in Richtung des Bohrkopfes öffnet. Hierdurch wird eine Selbstverklemmung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl bewirkt, die sich auf einfache Weise im Fall des Ausfalls der jeweiligen Mittel zum Verschwenken sowohl der Verspannvorrichtung als auch der Führungsvorrichtung lösen lässt und gleichzeitig in diesem Fall auch einen sicheren Halt der Bohrvorrichtung im Gründungspfahlbewirkt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Antrieb zum Verschwenken des Arms der Verspannvorrichtung und/oder des Arms der Führungsvorrichtung wenigstens ein Hydraulikzylinder ist. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Gleitelement gegenüber dem Arm verschwenkbar angeordnet ist, und/oder dass das Antriebselement der Führungsvorrichtung am Gleitelement angreift. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement mit einem Reibbelag versehen ist, und/oder dass das Gleitelement mit einem Gleitbelag versehen ist. Hierdurch werden ein einfaches Betätigen sowie ein einfaches Warten der Führungsvorrichtung und der Klemmvorrichtung bewirkt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei der Vorschubeinrichtung um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Arm des Bohrwerkzeugs über ein Drehelement und wenigstens einen Linearantrieb, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, verschwenkbar ist. Hierdurch ist auf einfache Weise gewährleistet, dass die gesamte abzubohrende Fläche mit der Bohrvorrichtung erreicht werden kann.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Bohrkopf um einen sich um die Längsachse des Arms drehenden Bohrkopf, bevorzugt einen Schneidkopf mit Bohrwerkzeugen wie Schneidelementen oder Meißeln, handelt. Hierdurch wird ein gutes Lösen des Bodens bewirkt.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement an einer unteren im wesentlichen rechtwinklig zur Reibseite vorgesehenen Seite eine Auflagefläche aufweist, in der bevorzugt in Richtung des Bohrlochtiefsten ein Sensor, bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen ist. Durch das Vorsehen des Sensors wird es auf besonders einfache weise möglich, die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl genauer vorzunehmen.
Hinsichtlich des Systems wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bohrvorrichtung gegenüber einer Innenwand des Gründungspfahls radial bewegbare Klemmelemente aufweist, dass der Gründungspfahl wenigstens ein an der Innenwand des Pfahls vorgesehenes Positionierungselement aufweist, und dass das Klemmelement der Bohrvorrichtung wenigstens eine Auflagefläche mit wenigstens einem Kontaktsensor zur Ermittlung des Kontakts zwischen dem Positionierungselement und dem Klemmelement aufweist. Hierdurch wird es auf besonders einfache Weise möglich, ein genaues Positionieren im Gründungspfahl zu erreichen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Positionierungselement eine Knagge ist oder eine Knagge aufweist. Hierdurch wird es des Weiteren möglich, die Last der Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl abzuleiten.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Positionierungselement so ausgelegt ist, dass die statische Last der Bohrvorrichtung über die Auflagefläche des Klemmelements auf das Positionierungselement abtragbar ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass pro Klemmelement der Bohrvorrichtung ein Positionierungselement vorgesehen ist.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Sensor um einen Hydraulikzylinder handelt. Durch das Vorsehen des Sensors wird es auf besonders einfache weise möglich, die Positionierung der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl genauer vorzunehmen.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass eine nachfolgend beschriebene Steuerung vorgesehen ist.
Des weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur Positionierung der Bohrvorrichtung, bevorzugt nach der zuvor beschriebenen Ausführung und/oder in Verbindung mit einem zuvor beschriebenen System, in einem Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer ein Positionierungselement an der Innenwand des Pfahls vorgesehen wird, dass die Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl mit eingriffsfrei angeordneten Klemmelementen einsetzt und abgesenkt wird, dass die Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente mit den Positionierungselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, die Klemmelement radial bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Innenwand des Gründungspfahls hergestellt ist, wobei die Klemmelemente schleifend gegenüber der Bohrlochwand bewegbar angeordnet werden, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordnete Sensoren einen Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselemente wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt werden, so dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar ist.
Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Steuerung zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt nach der zuvor beschriebenen Ausführung und/oder in Verbindung mit einem zuvor beschriebenen System, insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, die so ausgeführt ist, dass, nachdem die Bohrvorrichtung in den Pfahl eingesetzt und abgesenkt wurde, wobei Klemmelemente der Bohrvorrichtung so angeordnet sind, dass sie sich nicht im Eingriff mit der Innenwand des Pfahls befinden, die Bohrvorrichtung im Pfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente gegenüber an der Innenwand der Bohrvorrichtung befindlichen Positionselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, dass die Klemmelement in Richtung der Bohrlochwand bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Pfahls schleifend bewegbar sind, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordneten Sensoren ein Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselementen wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Gründungspfahls so ausgefahren werden, dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Bohrvorrichtung mit ausgefahrener Führungs- und Verspannvorrichtung,
Fig. 2 eine räumliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Bohrvorrichtung mit eingefahrener Führungs- und Verspannvorrichtung, Fig. 3 eine vergrößerte räumliche Ansicht des oberen Abschnitts zu Fig. 1 ,
Fig. 4 eine vergrößerte räumliche Ansicht des oberen Abschnitts zu Fig. 2,
Fig. 5 eine alternative Ansicht zu Fig. 4
Fig. 6 eine räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 1 ,
Fig. 7 eine alternative räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 1 ,
Fig. 8 eine räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 2,
Fig. 9 eine alternative räumliche vergrößerte Ansicht des unteren Abschnitts zu Fig. 2,
Fig. 10 eine Draufsicht zu Fig. 1 , Fig. 11 eine Draufsicht zu Fig. 2, Fig. 12 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Systems, und Fig. 3 eine weitere Detailansicht des erfindungsgemäßen Systems.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Bohrvorrichtung 10 mit einem Grundkörper 11 , der einen oberen Körper 12 und einen unteren Körper 13 aufweist. Am unteren Körper 13 ist ein Arm 14 angeordnet, an dessen unteren Ende sich ein Bohrkopf 15 befindet. Der Arm 14 ist über ein Drehelement 16 mit dem unteren Körper 13 drehbar verbunden. Des Weiteren ist er schwenkbar über ein Gelenk 17 mit dem Drehelement 16 verbunden. Weiterhin ist ein Hydraulikzylinder 18 vorgesehen, der ebenfalls über ein Gelenk 19 auf der oberen Seite mit dem Drehelement 16 und seiner unteren Seite über ein Gelenk 20 mit dem Arm 14 verbunden ist. Durch das Drehelement 16 kann die Arm 14 - Bohrkopf 15 Kombination in Drehrichtung A gedreht werden. Durch den Hydraulikzylinder 18 kann der Bohrkopf 15 in Schwenkrichtung b verschwenkt werden. Der Bohrkopf 15 rotiert in Rotationsrichtung C um die Mittelachse des Arms 14.
Am oberen Körper 12 ist eine Verspannvorrichtung 21 vorgesehen (siehe auch Fig. 3 und Fig. 4), die vier Verspannelemente 21a mit einem Arm 22 aufweist, der sich aus zwei Armabschnitten 22a, 22b zusammen setzt, die jeweils mit einem Gelenk 23, 23a mit dem oberen Körper 12 verbunden sind. Die Gelenke 23, 23a sind auf einer Achse 24 angeordnet, an denen jeweils ein Verbindungselement 25, 25a angreift. An der Außenseite der Verbindungselemente 25, 25a ist ein Gelenk 26 vorgesehen, in dem ein parallel zum Arm 22 angeordneter Lenker 27 aus Lenkerabschnitten 27a, 27b zusammengesetzt vorgesehen ist. Die Lenkerabschnitte 27a, b verbinden sich zu einem dritten Lenkerabschnitt 27c. An der Außenseite des Arms 22 ist ein Verbindungselement 28 vorgesehen, dass über ein Gelenk 29 mit dem Arm 22 verbunden ist. Der Lenker 27 ist über ein Gelenk 32 mit dem Verbindungselement 28 verbunden. Lenker 27, Arm 22, Verbindungselement 28 und Verbindungselement 25 bilden ein Parallelogramm. Lenker 27 und Arm 22 weisen dabei die gleiche Länge auf. Gleiches gilt auch für die Verbindungselemente 25, 28. Am Verbindungselement 28 ist ein Klemmelement 30 angeordnet, auf dessen Außenseite ein Reibbelag 31 vorgesehen ist. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist das Verbindungselement 28 mit dem Klemmelement 30 einstückig ausgeführt. Dabei ist an der Oberseite des Verbindungselements 28 beziehungsweise des Klemmelements 30 das Gelenk 32 vorgesehen, dass den Lenker 27 mit dem Klemmelement 30 und damit mit dem Verbindungselement 28 verbindet.
Zwischen oberem Körper 12 und Arm 22 ist gelenkig ein Hydraulikzylinder 33 vorgesehen, über den die Verspannvorrichtung 21 bzw. das einzelne Verspannelement 21a in Schwenkrichtung D bewegt wird. Dadurch, dass Arm 22, Verbindungselement 25, Lenker 27 und Verbindungselement 28 bzw. Klemmelement 30 ein Parallelogramm bilden, verbleibt der auf der äußeren Fläche des Klemmelements 30 angeordnete Reibbelag 31 beim Verschwenken in Richtung D parallel zur Innenwand des Gründungspfahls, so dass dieser beim Schwenken vom Körper 12 weg flächig gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt wird.
Am unteren Körper 13 ist eine Führungsvorrichtung 34 angeordnet (siehe Fig. 6 bis Fig. 9). Diese weist vier Führungselemente 34a auf. Das Führungselement 34a weißt dabei einen Arm 35 auf, der über ein Gelenk 36 am unteren Körper 13 verschwenkbar angeordnet ist. Über ein Gelenk 37 ist am äußeren Ende des Arms 35 ein Gleitelement 38 vorgesehen, auf dessen nach außen weisender Fläche ein Gleitbelag 39 angeordnet ist. Parallel zum Arm 35 ist ein Lenker 40 vorgesehen, der über ein Gelenk 41 mit dem unteren Körper 13 und ein Gelenk 42 mit dem Gleitelement 38 verbunden ist. Der Abstand zwischen Gelenk 41 und Gelenk 36 sowie der Abstand zwischen Gelenk 42 und Gelenk 37 ist gleich groß und die Abstandsstrecken selber sind parallel zueinander, so dass auch hier eine Parallelogrammkonstruktion vorliegt, so dass der Gleitbelag 39, der parallel zur Innenwand des Gründungspfahls angeordnet ist, beim Verschwenken der Führungsvorrichtung 34 in Richtung E beziehungsweise dessen Arm 35 parallel verbleibt. Am Gleitelement 38 sind zwei Hydraulikzylinder 43, 44 gelenkig angeordnet, die das Gleitelement 38 in Schwenkrichtung E nach außen zur Innenwand des Gründungspfahl hin verschwenkt.
Zwischen oberem Körper 12 und unterem Körper 13 ist ein Vorschubelement 45 (siehe Fig. 5) in Form eines Hydraulikzylinders angeordnet. Durch dieses Vorschubelement 45 lässt sich der untere Körper 13 gegenüber dem oberen Körper 12 in Vorschubrichtung F bewegen.
Die Bohrvorrichtung 10 wird über eine Hubvorrichtung (nicht dargestellt) in den Gründungspahl eingesetzt und in diesem abgesenkt. Dabei sind die Verspannvorrichtung 21 und die Führungsvorrichtung 34 eingeklappt (siehe Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 1 1 ). Ist die Bohrvorrichtung 10 an der vorgesehenen Bohrposition im Gründungspfahl angeordnet, wird die Verspannvorrichtung 21 ausgefahren (siehe Fig. 1 , Fig. 3 und Fig. 10) über das Betätigen der Hydraulikzylinder 33, so dass die Klemmelemente 30 mit den Reibbelägen 31 gegen die Innenwand des Gründungspfahls gedrückt werden, bis eine hinreichende Kraft auf die Innenwand des Gründungspfahls aufgebracht wird, so dass die durch das Bohren entstehenden dynamischen Lasten und ggf. auch die statische Last der Bohrvorrichtung 1 1 h über die Verspannvorrichtung 21 auf den Gründungspfahl abgetragen werden.
Gleichzeitig werden auch die Führungsvorrichtungen 34 über das Betätigen der Hydraulikzylinder 43, 44 ausgefahren (siehe Fig. 1 , Fig. 6, Fig. 7 und Fig. 10), so dass die Gleitelemente 38 mit den Gleitbelägen 39 an der Innenwand des Gründungspfahls anliegen, wie dieses in Fig. 10 gezeigt ist. Der gestichelte Kreis 53 gibt dabei die Innenwand des Gründungspfahls wieder. Die dabei aufgebrachte Kraft ist so, dass der untere Körper 13 gegenüber dem Gründungspfahl beweglich und dabei gleichzeitig geführt ist. Anschließend wird der Bohrkopf 15 in Rotation versetzt und der Arm 14 wird über das Drehelement 16 und die Hydraulikzylinder 18 gedreht und verschwenkt. Parallel dazu wird über die Vorschubelemente 45 der untere Körper 13 gegenüber dem oberen Körper abgesenkt. Über die Führungsvorrichtung 34 wird ein stabiler Bohrvorschub und damit eine korrekte Bohrrichtung gewährleistet.
Sind die Vorschubelemente 45 vollständig ausgefahren, werden sie wieder in Richtung des oberen Körpers 12 eingefahren, so dass sich der untere Körper 13 und damit einhergehend der Bohrkopf 15 wieder in den Gründungspfahl hinein bewegen. Sind die Vorschubelemente 45 wieder vollständig eingefahren, befindet sich der Bohrkopf an einer sicheren Position innerhalb des Gründungspfahls. Anschließend wird der Gründungspfahl in den durch die Bohrvorrichtung 10 hergestellten Hohlraum abgesenkt und der Bohrvorgang wird erneut durchgeführt, bis die Bohrung die vorgesehene Tiefe erreicht hat, auf der der Gründungspfahl angeordnet werden soll.
Um zu gewährleisten, dass die Bohrvorrichtung 10 an der korrekten Position innerhalb des Gründungspfahls angeordnet wird, sind an der entsprechenden Position an der Innenwand des Gründungspfahls Positionierungselemente 46 angeordnet (siehe Fig. 12 und Fig. 13). Diese weisen eine Grundfläche 47 auf, die an der Wand vorgesehen ist. Desweiteren ist rechtwinklig dazu eine Auflagefläche 48 vorgesehen. Zur Stabilisierung der Auflagefläche 48 gegenüber der Grundfläche 47 ist eine Knagge 49 vorgesehen. Die Grundfläche 47 kann auch weggelassen werden, so dass die Auflagefläche 48 und die Knagge 49 direkt an der Innenwand des Gründungspfahls angebracht werden. Am Verbindungselement 28 beziehungsweise dem Klemmelement 30 ist ein Sensor 50 vorgesehen, bei dem es sich wie in Fig. 12 und 13 bevorzugt dargestellt, um ein Hydraulikzylinder handelt. Ist die Bohrvorrichtung 10 in der Bohrposition innerhalb des Gründungspfahls angekommen, wird dass Klemmelement 30 gegen die Grundfläche 47 durch Ausfahren des Zylinders 33 und Verschwenken in Richtung D angelegt und der Hydraulikzylinder 50 über die äußere Erstreckung des Klemmelements 30 ausgefahren. Anschließend wird die Bohrvorrichtung 10 weiter abgesenkt, bis der Hydraulikzylinder 50 mit der Auflagefläche 48 des Positionierungselements 46 in Verbindung kommt. Das Absenken der Bohrvorrichtung 10 wird so lange fortgesetzt, bis der Kolben 51 des Zylinders 50 eingefahren ist und eine Kontaktfläche 52 auf der Auflagefläche 48 des Positionierungselements aufliegt. Alternativ werden der beim Einfahren der Zylinder 50 entstehende Druck und die Position der Kolben 51 überwacht. Wird ein Solldruck der Zylinder 50 erreicht, und befinden sich die Kolben 51 dann in einer vorgegebenen Position, dann befindet sich die Bohrvorrichtung 10 in der gewünschten Position im Gründungspfahl. Der Abtrag der statischen Last der Bohrvorrichtung 10 erfolgt dabei dann über Kontaktflächen 55 des hydraulikzylinders 50 am Kolben 51. Anschließend wird der Hydraulikzylinder 33 weiter betätigt und das Klemmelement 30 gegenüber der Grundfläche 47 verspannt. Die Auflagefläche 48 und die Knagge 49 sind dabei so ausgelegt, dass sie die statische Last der Bohrvorrichtung 10 tragen können. Diese Last wird über die Kontaktfläche 52 in das Positionierungselement 46 eingeleitet.
In Fig. 11 ist des Weiteren durch einen gestrichelten Kreis 54 der kleinste Umfang der Bohrvorrichtung 10 dargestellt. Dieser stellt den geringsten Querschnitt dar, durch den die Bohrvorrichtung 10 hindurchgeführt werden kann, wenn Gründungspfähle mit unterschiedlichen Durchmessern zur Gründung eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
10 Bohrvorrichtung 34a Führungselement
11 Grundkörper 35 Arm
12 oberer Körper 36 Gelenk
13 unterer Körper 37 Gelenk
14 Arm 38 Gleitelement
15 Bohrkopf 39 Gleitbelag
16 Drehelement 40 Lenker
17 Gelenk 41 Gelenk
18 Hydraulikzylinder 42 Gelenk
19 Gelenk 43 Hydraulikzylinder
20 Gelenk 44 Hydraulikzylinder
21 Verspannvorrichtung 45 Vorschubelement/Hydraulikz
21a Verspannelement ylinder
22 Arm 46 Positionierungselement
22a Armabschnitt 47 Grundfläche
22b Armabschnitt 48 Auflagefläche
23 Gelenk 49 Knagge
23a Gelenk 50 Sensor/Hydraulikzylinder
24 Achse 51 Kolben
25 Verbindungselement 52 Kontaktfläche
25a Verbindungselement 53 gestrichelter Kreis/Innenwand
26 Gelenk Gründungspfahl
27 Lenker 54 gestrichelter Kreis/kleinster
27a Lenkerabschnitt Umfangskreis der
27b Lenkerabschnitt Bohrvorrichtung
28 Verbindungselement 55 Kontaktfläche
29 Gelenk
30 Klemmelement
31 Reibbelag
32 Gelenk
33 Hydraulikzylinder
34 Führungsvorrichtung Drehrichtung
Schwenkrichtung
Rotationsrichtung
Schwenkrichtung
Schwenkrichtung
Vorschubrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer mit einem wenigstens aus einem ersten und einem zweiten Körper bestehenden Grundkörper, die übereinander und bewegbar gegeneinander angeordnet sind, wobei die Bewegung über eine Vorschubeinrichtung bereitgestellt wird, mit einem Bohrwerkzeug, das an einem mit dem unteren Körper an dessen Unterseite bewegbar verbundenen Arm angeordnet ist, mit einer Verspannvorrichtung, die zum Verspannen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am oberen Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein als Widerlager fungierendes Klemmelement aufweist, wobei die Verspannvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Klemmelement angeordnet ist, wobei der Arm der Verspannvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Klemmelement mit der Wand des Gründungspfahls im Eingriff befindet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsvorrichtung vorgesehen ist, die zum Führen der Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgelegt ist, die mit einem ersten Ende am unteren Körper angeordnet ist und die an ihrem zweiten Ende ein Gleitelement aufweist, dass die Führungsvorrichtung einen Arm aufweist, an dem das Gleitelement angeordnet ist, wobei der Arm der Führungsvorrichtung mittels eines Antriebs von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschwenkbar ist, bei der sich das Gleitelement mit der Wand der Gründungspfahls im Eingriff befindet.
2. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führüngsvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Gleitelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt und/oder dass die Verspannvorrichtung so ausgeführt ist, dass das Klemmelement flächig an der Innenwand des Gründungspfahls im ausgefahrenen Zustand anliegt.
3. Bohrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Arm der Führungsvorrichtung und/oder der Verspannvorrichtung ein Lenker mit gleicher Länge wie der Arm angeordnet ist, der beidseitig jeweils über ein Verbindungselement parallelogrammartig mit dem Arm verbunden ist, dass das Gleitelement und/oder Klemmelement mit dem jeweiligen Verbindungselement verbunden ist, dass das Parallelogramm aus Arm, Lenker und Verbindungselementen so angeordnet ist, dass das Gleitelement oder das Klemmelement zur Mittelachse der Bohrvorrichtung und damit parallel zur Wand des Gründungspfahl ausgerichtet ist.
4. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Arm der Verspannvorrichtung und/oder Arm der Führungsvorrichtung und dem jeweiligen Körper ein Öffnungswinkel besteht, der sich in Richtung des Bohrkopfes öffnet.
5. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Verschwenken des Arms der Verspannvorrichtung und/oder des Arms der Führungsvorrichtung wenigstens ein Hydraulikzylinder ist, und/oder es sich bei der Vorschubeinrichtung um wenigstens einen Hydraulikzylinder handelt.
6. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement gegenüber dem Arm verschwenkbar angeordnet ist, und/oder dass das Antriebselement der Führungsvorrichtung am Gleitelement angreift.
7. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement mit einem Reibbelag versehen ist, und/oder dass das Gleitelement mit einem Gleitbelag versehen ist.
8. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm des Bohrwerkzeug über ein Drehelement und wenigstens einen Linearantrieb, bevorzugt einen Hydraulikzylinder, verschwenkbar ist, und/oder dass es sich bei dem Bohrkopf um einen sich um die Längsachse des Arms drehenden Bohrkopf, bevorzugt einen Schneidkopf mit Bohrwerkzeugen, handelt..
9. Bohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement an einer unteren im wesentlichen rechtwinklig zur Reibseite vorgesehenen Seite eine Auflagefläche aufweist, in der bevorzugt in Richtung des Bohrlochtiefsten ein Sensor, besonders bevorzugt ein Hydraulikzylinder, vorgesehen ist.
10. System zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Erstellen einer Bohrung für einen Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer in dem Gründungspfahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrvorrichtung gegenüber einer Innenwand des Gründungspfahls radial bewegbare Klemmelemente aufweist, dass der Gründungspfahl wenigstens ein an der Innenwand des Pfahls vorgesehenes Positionierungselement aufweist, und dass das Klemmelement der Bohrvorrichtung wenigstens eine Auflagefläche mit wenigstens einem Kontaktsensor zur Ermittlung des Kontakts zwischen dem Positionierungselement und dem Klemmelement aufweist.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das
Positionierungselement eine Knagge ist oder eine Knagge aufweist, und/oder dass pro Klemmelement der Bohrvorrichtung ein Positionierungselement vorgesehen ist.
12. System nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Positionierungselement so ausgelegt ist, dass die statische Last der Bohrvorrichtung über die Auflagefläche des Klemmelements auf das Positionierungselement abtragbar ist, und/oder dass es sich bei dem Sensor um einen Hydraulikzylinder handelt.
13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung nach Anspruch 15 vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Positionierung der Bohrvorrichtung, bevorzugt mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, in einem Gründungspfahl zur Gründung eines Bauwerkes in einem Gewässer ein Positionierungselement an der Innenwand des Pfahls vorgesehen wird, dass die Bohrvorrichtung in den Gründungspfahl mit eingriffsfrei angeordneten Klemmelementen einsetzt und abgesenkt wird, dass die Bohrvorrichtung im Gründungspfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente mit den Positionierungselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, die Klemmelement radial bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente schleifend gegenüber der Bohrlochwand bewegbar angeordnet werden, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordnete Sensoren einen Kontakt mit den Positionierungselementen feststellen, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselemente wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die der Klemmelemente gegen die Innenwand des Gründungspfahls bewegt werden, so dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar ist.
15. Steuerung zur Positionierung einer Bohrvorrichtung, bevorzugt mit einem System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, die so ausgeführt ist, dass, nachdem die Bohrvorrichtung in den Pfahl eingesetzt und abgesenkt wurde, wobei Klemmelemente der Bohrvorrichtung so angeordnet sind, dass sie sich nicht im Eingriff mit der Innenwand des Pfahls befinden, die Bohrvorrichtung im Pfahl ausgerichtet wird, so dass die Klemmelemente gegenüber an der Innenwand der Bohrvorrichtung befindlichen Positionselementen radial fluchten, dass die Bohrvorrichtung bis oberhalb der Positionierungselemente abgesenkt wird, dass die Klemmelement in Richtung der Bohrlochwand bewegt werden, bis ein Kontakt mit der Bohrlochwand hergestellt ist, wobei die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Pfahls schleifend bewegbar sind, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis über in den Klemmelementen angeordneten Sensoren ein Kontakt mit den Positionierungselementen festgestellt wird, dass die Bohrvorrichtung abgesenkt wird, bis die Positionierungselementen wenigstens teilweise die statische Last der Bohrvorrichtung tragen, und dass die Klemmelemente gegenüber der Innenwand des Gründungspfahls so ausgefahren werden, dass die auf die Bohrvorrichtung beim Bohren wirkende dynamische Belastung auf den Pfahl übertragbar wird.
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